某廠是礦用防爆電器開關(guān)的生產(chǎn)商，在電器開關(guān)焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)過程中需對礦用防爆開關(guān)的殼體、前門等焊接結(jié)構(gòu)進行消除應(yīng)力處理，以穩(wěn)定工件尺寸，保證隔爆結(jié)合面隔爆間隙，使其符合礦用防爆規(guī)程的要求。通常采用傳統(tǒng)的熱處理退火工藝，在熱時效的過程中發(fā)現(xiàn)熱時效雖能消除工件內(nèi)部的一部分殘余應(yīng)力，但由于退火爐溫度難于控制且溫度分布不均勻，加上工件在退火爐擺放位置不同，不能完全保證消除工件內(nèi)應(yīng)力。由于工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的存在造成工件幾何尺寸精度、平面度誤差精度超差，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢的情況時有發(fā)生，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。所以急需尋找新的方法代替熱時效，經(jīng)過考察研究后，決定采用振動時效工藝，通過對比試驗驗證其有效性。
振動時效工藝方案
1. 剪切振動
理論上講被振工件在任何振動頻率下只要動應(yīng)力足夠大就能達到均化殘余應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸的效果。為提高工作效率，設(shè)計了一個振動平臺（尺寸3500mm*2000mm*40mm）,可一次性振動處理工件8件，支撐方式采用4點支撐，這種振動對垂直面上的焊縫以及上下平面與各垂直的角焊縫都能產(chǎn)生較大的動應(yīng)力，將加速度激振器設(shè)在邊長較長的一邊，以獲得較高的共振頻率，傳感器放在邊長較短的一邊。這種振動模型阻力小，易于獲得振幅較大的共振。為了取得*佳的振動效果，按工件結(jié)構(gòu)形式、重量、殘余應(yīng)力的大小和分布不同，每次的振動時間需15-25min。
2. 多頻振動
在同一種激振狀態(tài)下（支點和激點都不改變位置），可采用不同的頻率進行振動。若激振器功率大，還可以采用強迫振動。這種方案由于振動波長改變后動應(yīng)力的峰值區(qū)域也發(fā)生變化，所以每改變一次頻率都應(yīng)改變加速度激振器的位置。
3. 振動時效工藝和殘余應(yīng)力測量
已知殼體重量為208.6t，長寬高為455*575*720mm；前門重量為38.9t，長寬高為575*58*570mm。振動時先用掃頻法確定共振頻率，然后進行振動時效處理，振動時間為15-20min，振動時對振頻、振幅和動應(yīng)力進行觀察。
殼體主頻率為4885r/min，偏心距為100%，加速度為3-8m/s2，動應(yīng)力≥12MPa。
前門主頻率為3847r/min，偏心距為100%，加速度為2-6m/s2，動應(yīng)力≥10MPa。
分別在熱時效和振動時效前后對工件進行殘余應(yīng)力測量，測點選取殘余應(yīng)力較大的部位，每個工件設(shè)2個測區(qū)，每個測區(qū)測15個點，每個測點的距離為15mm。采用磁測法進行無損殘余應(yīng)力測量，檢測所用儀器為JH-60殘余應(yīng)力檢測系統(tǒng)，其采集數(shù)據(jù)、應(yīng)力大小、分布曲線全部由計算機完成。
振動時效結(jié)果分析
1.從2個工件振動參數(shù)可以看出，2個工件的振動均獲得了關(guān)鍵的共振頻率。因為在對物體進行振動時效時，物體本身也是一個振動體，它與工作臺、固定支撐點組成了一個振動系統(tǒng)，工作臺跨度較長，故共振頻率就低了。動應(yīng)力是振動時效中的關(guān)鍵參數(shù)，其大小直接影響振動時效的效果。為了獲得較好的振動時效效果，激振器應(yīng)設(shè)在邊長較長的一邊進行振動，振動時從各個方位測得的動應(yīng)力值均大于10MPa。滿足了理論上的數(shù)值要求，達到了預(yù)期的振動時效效果。
2. 焊接件尺寸穩(wěn)定性不僅受到殘余應(yīng)力大小影響，還受到殘余應(yīng)力均勻性影響。振動時效不僅可以消除應(yīng)力，而且能消除應(yīng)力峰值，使應(yīng)力均勻化。根據(jù)熱時效和振動時效前后殘余應(yīng)力數(shù)值對比可以看出，焊縫附近存在的殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力，在振動后受力狀態(tài)發(fā)生了變化，這進一步說明振動時效后應(yīng)力分布確實朝著有利的狀態(tài)變化。
3. Q235鋼板的允許工作應(yīng)力σ=240MPa，作為低周疲勞剛性設(shè)計，其工作應(yīng)力一般為1/3σ，即80MPa，而實際設(shè)計中的工作應(yīng)力僅設(shè)計為35MPa。結(jié)果表明，振動前所測的測點中有4個點的殘余應(yīng)力在80MPa以上，還有一個為125MPa。而振后2個工件的*大殘余應(yīng)力在94MPa以上，還有一個為61.7MPa，將其與設(shè)計工作應(yīng)力迭加也小于240MPa?？梢姡駝訒r效后工件將在彈性區(qū)間工作，而不會出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)，滿足了工件服役尺寸穩(wěn)定性的要求。
4. 測量數(shù)據(jù)表明，熱時效的平均消除率為33.8%，振動時效的平均消除率為37.8%，消除率數(shù)據(jù)也較為接近，由于振動時效工藝具有省、方便、成本低、節(jié)能環(huán)保的特點，故振動時效整體效果優(yōu)于熱時效，采用振動時效工藝用于消除各類礦用開關(guān)中殼體、前門等焊接件的殘余應(yīng)力是可行的。
